Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Les simulateurs de procédés permettent d’établir avec une certaine facilité des bilans matière et énergie sur les procédés. Leurs objectifs majeurs sont de résoudre les équations de bilans matière et énergie tout d’abord, afin de calculer les caractéristiques des fluides qui circulent entre les appareils, puis de fournir les éléments nécessaires au dimensionnement des équipements. Cet article s’attache à définir plus en détails ces objectifs, à préciser le fonctionnement des simulateurs, mais également leurs éléments constitutifs, ou encore les données nécessaires à une simulation. En d’autres termes, une aide au bon usage des simulateurs de procédés est proposée ici.
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Process simulators allow for carrying out relatively easy matter and energy assessments on processes. Their major objectives are to solve the equations of matter and energy assessments in order to calculate the characteristics of fluids circulating between the devices and provide the necessary elements for the dimensioning of equipment. This article provides a detailed definition of these objectives, specifies the operation of simulators as well as their components; the necessary data for a simulation is also given. This article thus offers assistance for the good use of process simulators.
Auteur(s)
-
Xavier JOULIA : Professeur à l'École nationale supérieure des ingénieurs en arts chimiques et technologiques (ENSIACET)
INTRODUCTION
La mondialisation de l'économie, les contraintes d'environnement et de sécurité, la dynamique du marché exigent une très grande rigueur dans la conception et la conduite des procédés. Dans ce contexte, on a de plus en plus souvent recours à l'informatique pour concevoir rapidement et économiquement de nouveaux procédés plus rentables, plus propres, plus sûrs et plus flexibles, en un mot « durables », mais également pour analyser et optimiser le fonctionnement des installations existantes ou pour aider à la conduite de ces installations. Ce domaine d'activité, désigné par le terme « d'ingénierie des procédés assistée par ordinateur », a connu un essor très important dans de nombreux secteurs de l'industrie pétrolière, chimique et parachimique grâce aux simulateurs de procédés qui constituent l'objet de cet article.
Les simulateurs de procédés sont les outils de base des techniciens et des ingénieurs de procédés, car ils permettent d'établir aisément et avec rigueur les bilans matière et énergie sur les procédés. Cet article vise à en définir les objectifs, les éléments constitutifs, les concepts fondateurs et à fournir au lecteur les connaissances nécessaires au bon usage des simulateurs. Nous traiterons ainsi des points suivants :
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les données nécessaires à une simulation. Ces données permettent de définir le système matériel (constituants, profil thermodynamique, réactions chimiques), la structure du procédé et les paramètres de dimensionnement et de fonctionnement des appareils ;
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les deux concepts fondateurs des simulateurs orientés module : module et courant ;
l'approche modulaire séquentielle : décomposition du procédé en réseau(s) cyclique(s) maximum(s) ; pour chaque RCM, choix d'un ensemble de courants coupés (recyclages), détermination d'une liste de calcul des modules et résolution séquentielle de ces modules par une procédure itérative ;
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les modèles et modules associés aux opérations unitaires de base : mélangeurs, diviseurs, séparateurs simples, pompes, compresseurs et turbines, échangeurs de chaleur, réacteurs, flashes, procédés de séparation diphasique (absorption, distillation, extraction liquide-liquide...).
Le lecteur devrait ainsi être capable de résoudre via un quelconque simulateur orienté module (OM) :
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un problème de simulation pure, c'est-à-dire simuler le fonctionnement d'un procédé de structure donnée et pour lequel les courants d'alimentation Xo (matières premières) et les paramètres de dimensionnement et de fonctionnement P des modules sont spécifiés ;
-
un problème de conception, c'est-à-dire utiliser les degrés de liberté du procédé pour satisfaire des spécifications de design.
Il pourra alors mettre toutes ses compétences scientifiques et techniques au service de la conception et de la conduite des procédés assistée par ordinateur.
Un tableau des symboles et abréviations se trouve en fin d'article.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de mars 1995 par Jean-Paul GOURLIA
DOI (Digital Object Identifier)
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Objectifs des simulateurs7. Conclusion
Cet article visait à présenter les simulateurs de procédés en régime permanent basés sur une approche modulaire et une résolution séquentielle. Nous avons décrit leurs principaux éléments constitutifs : la base de données de corps purs et binaires, le serveur de propriétés physico-chimiques, la bibliothèque de modules et les solveurs de systèmes d'équations algébriques non linéaires.
Ces simulateurs sont d'une utilisation aisée moyennant la maîtrise des concepts fondateurs, module et courant, et une bonne connaissance générale de la structuration de l'information, des modèles pour le calcul des propriétés thermodynamiques et des équilibres entre phases, des modèles d'opérations unitaires et de la stratégie de résolution. On comprend alors aisément leur succès et leur large utilisation pour la conception, l'analyse et la conduite des procédés assistées par ordinateur.
À ce jour il apparaît que la non-disponibilité de données de corps purs, de modèles thermodynamiques et d'opérations unitaires adaptés à la très grande diversité de la demande tend à devenir le principal goulot d'étranglement à une large utilisation de la simulation dans certains secteurs de l'industrie des procédés. Pour tenter de répondre à cette diversité, des interfaces standard ont été définies pour les composants essentiels des simulateurs de procédés, notamment pour les bases de données, le serveur de propriétés et le module. Ce standard dénommé « CAPE-OPEN », et dont la promotion et la gestion sont assurées par CAPE-OPEN Laboratories Network (CO-LaN), permet l'interopérabilité et l'intégration de composants logiciels au sein des simulateurs de procédés Simulateurs de procédés[23]. Un simulateur commercialisé par A peut ainsi utiliser un modèle d'opération unitaire développée par un expert B, ce dernier faisant appel au serveur de propriétés d'un fournisseur C. Un exemple d'un tel composant logiciel respectant le standard CAPE-OPEN est le serveur de propriétés thermodynamiques Simulis Thermodynamics Simulateurs...
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Cyclohexane – ARCO Technology Inc - Production of high purity cyclohexane by catalytic hydrogenation of benzene. - Hydrocarbon Processing, p. 143 (1977).
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(2) - * - DIPPR 801 Database – http://dippr.byu.edu/
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(3) - REID (R.C.), PRAUNSNITZ (J.M.), POLING (B.E.) - The Properties of Gases and Liquids. - 4th Edition, McGraw Hill, Book Co., New York (1987).
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(4) - * - Numerical Data Base DETHERM, http://www.dechema.de
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(5) - GMEHLING (J.), ONKEN (U.), ARLT (W.), GRENZHAUSER (P.), WEIDLICH (U.), KOLBE (B.), RAREY (J.) - Chemistry Data Series. - Vapor-Liquid Equilibrium Data Collection, vol. I.
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(6) - ARLT (W.), MACEDO (M.E.A.), RASMUSSEN (P.), SORENSEN (J.M.) - DECHEMA Chemistry Data Series. - Liquid-Liquid Equilibrium Data Collection, vol. V.
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